观音阁水库大坝论文观测自动化系统论文环境监测设计论文

1、观音阁水库大坝论文观测自动化系统论文环境监测设计论文观音阁水库大坝观测自动化系统存在的问题与改造对策摘要：由于大坝安全监测系统对工程安全运行和水库优化调度的重要作用，重点水利工程的大坝安全监测系统建设越来越受重视。文章对观音阁水库大坝观测自动化系统存在的问题及成因进行了分析，提出了完善观测系统的建议与改造对策。关键词：观音阁水库大坝；观测自动化系统；环境监测设计观音阁水库工程是我国北方岩溶地区采用RCD筑坝技术修建的大一型水利工程，坝高82米，坝长1040米。其内部观测项目包括应力、应变、温度、渗压和裂缝观测；外部观测包括大坝水平位移、坝体挠度、坝体倾斜、基岩变形及坝顶、坝基、坝顶和近坝区沉陷

2、等大坝变形观测，渗透流量、绕坝渗流及扬压力等渗流观测和库水位、水温及气温等水文观测。一、大坝观测自动化系统存在的问题及原因分析（一）存在的问题观音阁水库大坝在施工阶段就根据工程设计设置了观测仪器设备，埋设了差动电阻式传感器测量内部观测仪器的测值。于1996年对部分观测设备进行了自动化改造，安装电容式坐标仪和引张线仪实现了垂线和引张线及量水堰的自动化观测、电感式扬压力计实现了扬压力及集水井的自动化观测、同时安装了集中式自动数据采集系统。该系统从设计到生产研制、投入运行的时间跨度较大，数据采集可靠性差，同时系统分析软件落后，只能在DOS平台下工作，大坝观测数据只能存储在坝前监测终端微机，未实现与管

3、理局后方计算机的实时共享，且数据丢失较多。从自动化观测设备的运行效果看，人工与自动测值相差较大，且系统经常出现问题，不能取代人工观测，并且相继处于瘫痪状态。其中集水井的自动化从开始就不能运行，垂线、引张线、量水堰自动化装置于2000年1月瘫痪，扬压力自动化观测系统于2003年1月瘫痪，内观自动化系统于2003年5月28日瘫痪，外部观测项目也完全依靠人工来完成。由于工作环境艰苦且工作量巨大，加之观音阁水库大坝结构复杂，人工观测精度低，不能满足现代化管理要求，整个系统亟待更新改造。（二）原因分析1经过施工安装和水库运行，内部观测传感器埋设在坝体内十余年，传感器基本上达到预期寿命。另外，当年国内生产

4、的坝体内埋设的传感器基本上是适合常态混凝土筑坝埋设方式，对于碾压式混凝土的施工方法难于满足要求，传感器落后于较先进的筑坝工艺，在施工过程中就有部分设备失效。2随着时间的推移和设备内部状况的变化，陆续有部分仪器不能正常工作，再加上采集数据的线路老化和抗电磁干扰作用的降低，系统中控设备经常出现故障。3垂线线体摆动，采用常规测量方法不能满足规范要求。由于正垂线线体过长，在每年的10月至次年的3月，线体晃动较大，导致测值不稳。原扬压力计采用的是差阻式仪器，扬压力的观测中近1/3的传感器误差较大，测值不可靠。4原观测系统于1992年设计，1995年安装调试，1996年投入运行，由于系统从设计到生产研制、

5、到投入运行的时间跨度较大，在设计上数据采集为集中式，可靠性差，同时系统分析软件落后，只能在DOS平台下工作。二、观测系统改造对策观音阁水库的大坝观测工作一直倍受水利厅领导重视，就大坝观测系统自动化改造方案多次组织国内行业专家分析论证，并提出改造设计中重点考虑的问题。（一）外部监测数据采集设计1大坝变形监测可结合原有的监测设施和本工程的特点，按照重点突出、可靠性好、精度高、经济实用的原则进行设计。2大坝水平位移监测采取在直线段布置3层引张线，并以垂线作为工作基点；在转弯坝段布视准线的方案基本合理，但必须论证倒垂线和视准线工作基点的稳定性。3坝顶水平位移采用TCA2003全站仪观测方案，观测精度应

6、满足误差小于等于1mm 监测规范规定。4建议在垂线改造时充分与厂家沟通，选定合适的钢丝直径，在更换钢丝时，应注意新垂线和老垂线之间的衔接问题。5对于233.25m的水平裂缝要有监测手段。裂缝的变化可通过对扬压力、垂直位移的监测来体现和了解。从设计方案的完整性考虑，应在条件成熟时在裂缝上埋设相关的监测仪器。6增加坝基帷幕灌浆转折处（BL42-43）的横向扬压力监测断面。7基础廊道顶部潮湿度较大，应选择代表性坝段如（F8所在的BL21-24、BL42）的代表性部位进行扫孔，重点监测渗水情况。8要有坝体析出物对管口流量计的影响评价；做好集水井水位控制计的参数设定。（二）内部观测与环境量监测设计1观音

7、阁水库大坝内部监测仪器安装埋设多年，仪器性能均有不同程度的下降，甚至损坏，所以在监测自动化系统建设之前宜对内部监测仪器进行一次系统的鉴定。2坝体下游表面原设2组温度计，多年来获取得资料已经掌握了气温对坝面表层影响的规律，设计将2组仪器均纳入自动化系统必要性不大，所以建议改为1组性能比较好的温度计纳入自动化系统观测。3坝体设8层温度计，设计在每一层选1支温度计纳入自动化系统是合适的。4建议在大坝下游增设1支水位计，纳入自动化系统，以便于监测资料的分析。5一般折向上游的坝，在折点处的伸缩缝容易张开，且容易漏水，建议在大坝折点部位的横缝增设测缝计。6大坝上游坝面不同高程的水平裂缝，应是本工程的监测重

8、点，但一直未布设监测仪器，建议有条件时，应补装监测仪器。7内部监测组网方案选用的MCU精度等技术参数须满足本工程需要。（三）软件设计1数据采集管理子系统与其他子系统要具有相对独立性，具体实施可由不同专业性单位承担，以提高整个系统的先进性和实用性。数据采集管理子系统的开发应基于通用数据库，并开放数据接口，以便于数据信息管理、分析评价、分析成果发布等子系统的开发。2分析评价子系统应实用、可靠，需侧重强调：（1）综合过程线，用于多个监测物理量、多个测点的过程线检查及各类输出，具有对测值的误差处理、回归分析、特征量统计及方便的图形输出功能等多种功能。（2）内部仪器过程线，对于观测结果中含有温度测值的内部观测仪器（测缝计、钢筋计等）的过程线分析及输出。内部仪器过程线绘制了同一时间坐标的温度及监测量两幅过程线图，对所选测点当前时段的测值进行回归分析。（3）相关图，可应用于对任意两个监测量的相关分析，包括各监测量与环境量以及各监测量之间的相关分析，当两监测量不对应时，系统自动进行相互插补。（4）分布图，包括一维分布图和二维分布图，一维分布图描述某一空间方向上（水平、垂直等）同一监测量的分布情